一款涡轮增压直喷发动机出炉的过程

摘要:别克逐步引入多款发动机,包括20t（1.5t直喷涡轮增压发动机）、18t（1.4t dvvt涡轮增压发动机）、15s （1.5l智能直喷发动机）、15n （1.5l自然吸气发动机）等,我们今天主要谈谈1.5t直喷涡轮增压发动机,看看……

原标题:一款涡轮增压直喷发动机出炉的过程

独家技术解析（14）:别克全新动力科技战略解析

看到很多文章,谈到行业、企业、或者车型,总提到一个关键词“核心技术”,什么是一款汽车的“核心技术”,笔者碰到很多读者询问某款车怎么样,或者某款发动机是否进口之类的话题,这些就是消费者眼中的关键技术,也就是我们所说的动力总成技术.

任何一家汽车制造商,如果自己从事研发,动力总成部门都是最为重要的一个部门,因为它关系太多的方面,动力性、经济性、安全性等诸多层面,每个层面又有着关键的联系,我们回到技术解析专栏此前的专题,结合别克动力总成科技战略,谈谈一款涡轮直喷发动机的研发过程.

通用汽车ecotec发动机家族拥有11款产品,涵盖1.0l至1.5l排量区间的三缸和四缸机型,2015年,别克逐步引入多款发动机,包括20t（1.5t直喷涡轮增压发动机）、18t（1.4t dvvt涡轮增压发动机）、15s （1.5l智能直喷发动机）、15n （1.5l自然吸气发动机）等,我们今天主要谈谈1.5t直喷涡轮增压发动机,看看它的核心技术如何研发出来.

ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机的动力参数是:最大输出功率是124 千瓦、峰值扭矩是250牛米,采用了高效模块化设计、中置直喷、进排气可变正时气门、涡轮增压等创新技术以及精密工艺,用来提升动力输出、提升燃油经济性,同时保证静音性、耐久性、低使用/维护成本,这些技术关键词什么意思,又是如何完成性能的提升,我们一一分析.

概念的设计和开发为核心提供可能

十年前,笔者开始接触汽车、接触发动机的时候,就听业内人士谈到汽车行业,特别是细化到发动机行业是个夕阳行业,十多年过去了,这个行业竟然还能够让诸多的同行们有饭吃,真是不易.

不过,也说明了一点,我们总认为把发动机的技术潜力发掘殆尽了,等过一段时间,新的技术、新的材料、新的控制理论、新的传感器出来,发现还可以持续发掘,这是汽车行业研发的魅力所在了,接触一段时间你会认为你懂了这些技术,等你过了十多年回过头来,你发现还有很多不懂的东西在里面,而这些过程之中,无外乎原有概念的变更、创新概念的提出,我们来分析下ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机做什么样的概念更新和应用,从开源和节流的角度给予源源不断的发掘.

对于开源来讲,主要是指发动机的燃烧效率,燃料燃烧是一款发动机所有的能量来源,至于如何才能把这部分燃料在发动机气缸内高效燃烧,这是一款发动机最核心的技术.

发动机燃烧系统模拟优化计算

我们先看看ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机采用的方式,燃烧系统来讲,从燃油喷雾、进排气、燃烧室内的气流运动以及燃油与空气的混合过程进行了全面优化.从硬件角度上来讲,这款发动机采用了直喷技术,这是这款发动机燃烧的硬件构架,就是汽油直接喷射到气缸内,在气缸内进行油气混合,关于直喷汽油机的优势笔者在此前的专栏中谈到过,简单地讲是让燃烧“精确可控”,提高效率和增大动力.

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中置直喷系统

为了能够有效组织燃烧,ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机采用了另外一个硬件设计,就是采用了中置直喷,这个概念笔者并不熟悉,不过,仔细发现,这个一个硬件设计,把进气引导的燃烧组织方式变成了喷油引导,然后采用高压喷射技术,能够更好地阻止燃烧,同时能够喷油器的耐久性,这熟悉细节优化的技术了.

喷油器系统（flow rate: 10.0 g/s @ 10mpa 6孔喷射）

除了缸体、缸盖方面的硬件设计之外,又采用了涡轮增压来增加动力性,可变正时气门等来组织燃烧,这两个概念细化起来比较晦涩,将来有可能的话,笔者通过绘制图片来进行讲解.

对于节流来讲,则是尽可能地降低能量损失,有很多方面,通过可变机油泵来减少动力损耗,在上述的开源方面,也有相应的降低“泵气损失”等方面的工作,这些从一点点的能耗中扣出来作为有用功输出出去,也是蛮拼的.

技术的完善和优化提供可行

笔者上述谈到的ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机,有点偏重于理论了,具体操作怎么样呢,理论设计首当其冲,特别是当下的数字开发技术,运用不同cae软件进行建模、分析、优化,不仅仅局限于硬件的分析,包括声学、力学、燃烧学等,找到一个最优的方案,这个方面包含摩擦、温度、排放、效率等多个方面,这也是一家汽车制造商实力所在.

排气歧管集成散热优化计算（提高耐久性、可靠性）

除了数字设计、优化,系统性质的试验优化更为直接,最为直接的体现在试验的标准和流程上,ecotec 1.5t涡轮增压直喷发动机采用的gm自己的试验标准,我们摘录几则,可以窥一斑而知全貌:

“5200rpm的转速下连续运行2000小时耐久测试”,这意味着全油门连续运行12个星期、“在最大功率转速和峰值扭矩转速之间连续循环运行400小时（超过16天）”、“低温和高温试验保证了发动机在零下40摄氏度至零上40摄氏度的温度范围内正常发动和运行”、“声学实验室中的测试用于测量发动机的声音频率”、“让发动机在倾斜底座上运行”等.

废气涡轮增压器（特殊设计的涡轮增压器和叶轮来消除噪音）

凸轮驱动系统（采用优化的低摩擦链条布局和静音逆齿形链及喷油润滑来较低噪音）

这些工况在未来驾驶员驾驶过程中多数不会出现,但是试验则做到全工况覆盖的极端测试,这种情况,在你走马观花地看到一个“其貌不扬”的发动机时,工程师的汗水则是流了一地.

研发体系保障质量提供可靠

在谈论行业、企业的时候,笔者很喜欢谈“研发体系”,特别是在汽车企业并购的过程中,研发体系是最容易忽略却又最值钱的东西,它起作用的时候你根本看不到,就像看到成功的汽车制造商全是看到销量,没有人去夸赞研发体系,它不起作用的时候,你绝对看得到,产品出现问题、销量差的企业无外乎都是研发体系不完善造成的.

这里面最重要是分工与协作,通用汽车动力总成的研发和制造在全世界17个国家的86个研发中心及工厂同步进行,在设计方面,通过300名位于美国、德国、中国和韩国研发中心的工程师联合研发,同时全新一代ecotec发动机家族的模块化设计也优化了通用汽车的动力总成配置.上述策略使得诸如中置直喷等先进技术和超静音逆齿形凸轮驱动链条等高级零部件能够广泛地应用于整个ecotec发动机家族,不仅降低了研发成本,也使得产品的性能和品质达到了标杆级的水准.

在制造方面,将至少在通用汽车全球五家工厂进行生产,包括美国密歇根州flint、中国沈阳、匈牙利szentgotthárd、墨西哥toluca以及韩国changwon,年产量超过250万台,这种交叉联合研发、联合审核,在保证质量方面,能够取得相对完善的效果.

当然,一款直喷涡轮增压的发动机,本文只是框架性地谈谈,具体细节问题,将来有机会作更为细化的表述.

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